Борисов Г.Б., канд. техн. наук
ОАО «Московский завод тепловой автоматики»
В настоящее время существующий парк котельных активно обновляется и модернизируется, однако число требующих реконструкции объектов еще велико. В особенно удручающем состоянии находятся системы автоматизации.
Во многих регионах России износ газового оборудования, газоиспользующих установок, средств автоматизации котельных составляет 60...80 %, а по некоторым позициям, например автоматическим системам безопасности, в отдельных случаях может приближаться к 100 %.
Поскольку продолжительность эксплуатации оборудования существенно превысила запланированные сроки службы (по автоматическим системам безопасности в несколько раз), то особенно важным становится вопрос о дальнейшей безаварийной работе оборудования. Проблема усугубляется отсутствием запасных частей и комплектующих изделий, что крайне затрудняет поддержание оборудования в работоспособном состоянии. Разумеется, оптимальным решением судьбы изношенного оборудования была бы его полная замена на современное, однако из-за ограниченности средств этот вопрос часто решается с минимальными затратами: меняется только то, что уже больше не может работать.
Чтобы установить возможность дальнейшей эксплуатации технических средств котельной, необходимо провести диагностику оборудования. Для определения состояния котельной арматуры (секций, труб, задвижек и т.п.) существует несколько методов, например рентгеноскопический, позволяющий с достаточной степенью вероятности прогнозировать рэботоспособность указанного оборудования. Со средствами автоматики ситуация более тяжелая. Внедренная еще в 70-80-х годах прошлого века котельная автоматика кардинально не соответствует требованиям существующих на сегодняшний день СНиПов, ПБ и инструкций по безопасности [I-3].
Многие виды средств автоматики морально устарели и снимаются с производства. Не выполняются требования контроля герметичности газовых блоков, автоматического (без участия оператора) розжига горелок и котла, автоматического регулирования параметров. Такие системы часто работают в ручном режиме, что абсолютно недопустимо.
Таким образом, даже если тепломеханическая часть котельных может (при положительных результатах диагностики) эксплуатироваться дальше, то электронные приборы автоматики однозначно нуждаются в замене. Отсутствие автоматики безопасности или использование ее устаревших конструкций нередко приводит к тяжелым последствиям.
Экономический и социальный эффект внедрения средств автоматики
В современных рыночных условиях можно говорить об экономике безопасности. В результате снижения аварийности работы оборудования, оснащенного средствами автоматики безопасности, можно получить реальную выгоду. Денежные средства экономятся на штрафах, на ремонте оборудования и зданий, пострадавших от аварий, на компенсациях пострадавшему персоналу. Невосполнимыми остаются человеческие потери или утрата трудоспособности пострадавших от аварий людей . .
Благодаря применению современных технологий управления (интеллектуальные горелки, автоматическое ПИД-регулирование основных технологических параметров, частотное управление дымососом и вентилятором, коррекция соотношения топливо - воздух по содержанию кислорода в дымовых газах и др.) достигается снижение расхода топлива и электроэнергии. В условиях постоянного роста цен на энергоресурсы ло обеспечивает довольно быструю окупаемость новых средств автоматики.
Срок службы технологического оборудования можно увеличить с помощью усовершенствованных средств управления (например, автоматический пуск котла с функцией плавного прогрева) и современной автоматики безопасности, предотвращающей аварийные ситуации, приводящие к ускоренному износу оборудования.
Автоматическое регулирование основных технологических параметров и применение новейших горелок с микропроцессорным управлением позволяют оптимизировать процесс горения и снизить вредные выбросы окислов азота NOх. Соблюдение экологических норм приводит к экономии на денежных штрафах.
При комплексной автоматизации котлов радикально сокращается число трудоемких ручных операций (например, пуск котла вручную), появляется возможность управлять работой котельных без постоянного обслуживающего персонала. Раньше приходилось нанимать штат аварийных диспетчеров, которые посменно выполняли обход таких когельных. При организации удаленной центральной диспетчерской становится возможным оперативно наблюдать за состоянием целой сети подключенных к ней котельных и в случае необходимости направлять мобильные бригады для устранения неполадок в работе конкретного оборудования. Это позволяет сократить штат аварийных диспетчеров и обеспечить высокую оперативность реагирования на возникновение нештатных ситуаций.
Цели и задачи автоматизации паровых котлов
Первая и самая главная цель автоматизации - защита топливоиспользующего и котельного оборудования от возникновения аварийных ситуаций и обеспечение безопасности обслуживающего персонала. Именно поэтому этот класс приборов часто называют просто «автоматикой безопасности». Все остальные функции, несомненно, важны, но носят вторичный характер. Анализ аварий в котельных и на других газоиспользующих объектах показывает, что, в основном, они происходят при розжигах, а их причиной является так называемый человеческий фактор. Автоматика безопасности должна исключать подобные ситуации.
Вторая важная цель автоматизации - реализация алгоритмов энергоэффективного управления: поддержание оптимального разрежения, соотношения газ - воздух, давления пара и уровня воды. Паровой котел - это энергетическая установка, в процессе эксплуатации которой с высокой динамикой изменяются связанные между собой технологические параметры. Оптимизировать эти параметры по экономическим, экологическим, эргономическим и прочим показателям позволяет АСУ ТП [4—8]. Поэтому главными задачами разработчиков, проектировщиков и наладчиков при создании описываемой системы являются:
обеспечение безопасного технологического режима котлов;
сокращение расходов топлива и электроэнергии;
увеличение срока службы технологического оборудования;
снижение вредных выбросов в атмосферу;
улучшение условий труда эксплуатационного персонала.
Функции шкафа автоматики
Автоматизированная система управления тепловыми процессами, реализованная в виде шкафа автоматики, позволяет решать следующие задачи:
автоматическая подготовка котла к розжигу;
автоматический розжиг горелок котла с переходом в режим минимальной мощности;
управление нагрузкой и оптимизация соотношения газ - воздух каждой из горелок котла;
управление тепловым режимом котла (регулирование разрежения в топке, расхода воздуха перед горелкой, уровня воды в баке);
автоматический останов котла (штатный и аварийный);
защита, сигнализация и блокировка работы котла при неисправностях;
обеспечение оперативного технологического персонала информацией о параметрах теплового режима и состоянии технологического оборудования (в том числе путем обмена информацией со станцией диспетчеризации).
Основные функции современных типовых специализированных шкафов автоматики для паровых котлов типа ДЕ
Далее рассматриваются некоторые современные типовые специализированные шкафы автоматики для паровых котлов типа ДЕ (работающих на газе, дизельном топливе или мазуте), изготовленные ведущими производителями средств автоматики России (рис. 1).
Из-за ограниченного объема статьи приведены данные об изделиях только некоторых производителей, действующих на российском рынке. Однако автор полагает, что эти сведения позволяют сделать некоторые общие выводы о состоянии систем автоматизации в данной области.
